CN115377023A - 汽车用igbt装置及其装配方法以及汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种汽车用IGBT装置，其包括：水冷IGBT组件，其包括沿第一方向交替排布的IGBT层和水冷层，其中每个IGBT层的在第一方向上的两侧分别与一个水冷层相邻，每个IGBT层包括至少一个IGBT模块，每个水冷层包括至少一个水冷片；以及压紧组件，其包括滑块和推块，滑块和推块分别提供有彼此相向的滑块倾斜面和推块倾斜面。在第一方向上，水冷IGBT组件和压紧组件位于第一安装面与第二安装面之间。压紧组件被设置成：在组装过程中，在推块倾斜面沿着滑块倾斜面滑动时，推块的与推块倾斜面相对的推块抵靠面可抵靠并沿着第二安装面滑动，由此推动滑块沿着第一方向移动以将水冷IGBT组件压紧。本发明还涉及该汽车用IGBT装置的装配方法、以及包括该汽车用IGBT装置的汽车。
Description
技术领域
本发明涉及汽车领域，尤其涉及一种汽车用IGBT装置及其装配方法、以及包括该汽车用IGBT装置的汽车。
背景技术
随着汽车行业的电动化，电机作为汽车驱动系统动力源的地位逐渐提升。随着电机输出功率的不断提升，也对逆变器等器件提出了更高的功率需求，而更高的功率需求意味着更高的功率密度，因此对逆变器等器件内的冷却系统的散热需求也不断提高，需要不断改进其中的核心元件IGBT模块的散热设计。
目前的汽车器件IGBT模块的冷却系统仍有待进一步改进以满足不断提高的散热需求。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种汽车用IGBT装置及其装配方法、以及包括该汽车用IGBT装置的汽车，从而有效解决上述需求或缓解目前所存在的弊端中的至少一个。
本发明实施例的一方面涉及一种汽车用IGBT装置，其包括：
水冷IGBT组件，其包括沿第一方向交替排布的IGBT层和水冷层，其中每个所述IGBT层的在所述第一方向上的两侧分别与一个所述水冷层相邻，每个所述IGBT层包括至少一个IGBT模块，每个所述水冷层包括至少一个水冷片；以及
压紧组件，其包括滑块和推块，所述滑块和所述推块分别提供有彼此相向的滑块倾斜面和推块倾斜面，其中，
在所述第一方向上，所述水冷IGBT组件和所述压紧组件位于第一安装面与第二安装面之间；
所述压紧组件被设置成：在组装过程中，在所述推块倾斜面沿着所述滑块倾斜面滑动时，所述推块的与所述推块倾斜面相对的推块抵靠面可抵靠并沿着所述第二安装面滑动，由此推动所述滑块沿着所述第一方向移动以将所述水冷IGBT组件压紧。
可选地，在所述汽车用IGBT装置中，所述滑块和所述推块分别包括楔形结构。
可选地，在所述汽车用IGBT装置中，所述滑块与所述推块的组合在所述第一方向上的尺寸随着所述推块倾斜面沿着所述滑块倾斜面的滑动而发生变化。
可选地，在所述汽车用IGBT装置中，所述压紧组件进一步包括压块，在所述推块沿着所述第二安装面滑动的第二方向上，所述压块设置于所述推块和大致垂直于所述第二方向的压块支承面之间，所述压紧组件被设置成：在组装过程中，所述压块可对所述推块施加压紧力，使得所述推块推动所述滑块沿着所述第一方向移动的距离与所述压块在所述第二方向上的尺寸相关。
可选地，在所述汽车用IGBT装置中，所述压块的厚度H0 = (L1-L2-L3)/tanθ，其中，L1为所述第一安装面与所述第二安装面之间的距离，L2为压紧后的所述水冷IGBT组件在所述第一方向上的厚度，L3为所述压紧组件配合后在所述第一方向上的厚度，θ为所述滑块和所述推块的倾斜角。
可选地，所述汽车用IGBT装置进一步包括壳体，所述壳体设置有相对的第一安装部和第二安装部，所述第一安装面和所述第二安装面分别由所述第一安装部和所述第二安装部提供。
可选地，所述汽车用IGBT装置进一步包括PCB板，所述IGBT模块的针脚焊接于所述PCB板上的对应孔位。
可选地，所述汽车用IGBT装置进一步包括三相铜排，所述三相铜排与对应的所述IGBT模块的铜排焊接在一起。
本发明实施例的另一方面涉及一种用来装配上述汽车用IGBT装置的方法，其包括以下步骤：
将安装定位工装安装到所述壳体上；
将所述水冷层相对于所述壳体和所述安装定位工装放置；
往相邻的所述水冷层之间插入所述IGBT模块，在所述插入过程中，所述IGBT模块的针脚穿过所述安装定位工装上的针脚过孔；
将所述水冷IGBT组件压紧，并测量压紧后的所述水冷IGBT组件在所述第一方向上的尺寸；
根据所述尺寸选用压块来对所述推块施加压紧力，以使所述推块推动所述滑块沿着所述第一方向移动，来实现所述水冷IGBT组件的压紧，然后固定所述压紧组件；
拆除所述安装定位工装；以及
相对于所述水冷IGBT组件安装PCB板与三相铜排。
本发明实施例的另一方面涉及一种汽车，其包括上述汽车用IGBT装置。
附图说明
以下将接合附图和具体实施例来对本发明进行进一步详细描述，但是本领域技术人员将领会的是，这些附图仅是出于解释具体实施例的目的而绘制的，并且因此不应当作为对本发明范围的限定。此外，除非特别指出，附图仅是意在概念性地表示所描述对象的组成或构造并且可能进行了夸张性显示，并且附图也并非一定是按比例绘制的。此外，在不同的附图中，相同的参考标号表示相同或大致相同的部件。
图1显示了根据本发明一个实施例的一种示例性双面水冷型IGBT装置的最终装配的结构示意图。
图2显示了图1所示双面水冷型IGBT装置中的水冷IGBT组件被压紧后的结构示意图，在其中壳体被隐去。
图3以图2中的结构示意图标注了相关尺寸。
图4显示了图1所示双面水冷型IGBT装置中的水冷层和IGBT层与未在图1中显示的PCB板和三相铜排的连接关系和位置关系。
图5为根据本发明一个实施例的一种示例性安装定位工装的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的一些实施例进行更详细的描述。除非本文中清楚地另行定义，本文所使用的科学和技术术语的含义为本领域技术人员通常理解的含义。
本文中使用的“包括”、“具有”以及类似的词语是指除了列于其后的项目及其等同物外，其他的项目也可在范围以内。术语“或”、“或者”并不意味着排他，而是指存在所提及项目中的至少一个，并且包括所提及项目的组合可能存在的情况。术语“和/或”包括一个或多个所提及项目的任意的和所有的组合。本文中提及“一些实施例”等，表示所述与本发明相关的一种特定要素（例如特征、结构和/或特点）被包含在本说明书所述的至少一个实施例中，可能或可能不出现于其他实施例中。另外，需要理解的是，所述发明要素可以以任何适当的方式结合。
本发明一方面涉及汽车用IGBT装置，其可用于电动汽车的相应器件中，如用于电动汽车逆变器中。图1中显示了根据本发明实施例的一种示例性双面水冷型IGBT装置100。该IGBT装置100包括由交替排列的多个水冷层1和多个IGBT层2所形成的水冷IGBT组件10，其通过压紧组件6安装于壳体3内。壳体3可以是需要使用所述IGBT装置100的汽车器件的壳体，比如，可以是电动汽车逆变器的壳体。
水冷器的每个水冷层1可包括至少一个水冷片。在图示的实施例中，每个水冷层1只有一个水冷片。可以理解，在其他实施例中，水冷层1也可以根据需要包括两个或以上的水冷片。多个水冷层1形成栅格结构，其中相邻水冷层1之间的间隔（下文可称水冷层间隔）可略大于所要安装的IGBT模块21的厚度以容纳IGBT模块21。可在水冷层间隔内沿着水冷层1的延伸方向排布至少一个IGBT模块21，比如，两个或以上的IGBT模块21。所述在同一水冷层间隔内排布的一个或多个IGBT模块21形成一个IGBT层2。在图示的实施例中，每个IGBT层2包括三个IGBT模块21。通过上述布置，水冷层1和IGBT层2沿第一方向D1交替排布形成了所述水冷IGBT组件10，在其中，每个IGBT层2的两侧分别与一个水冷层1相邻。
各IGBT模块21为适合采用双面水冷的形式，其内部芯片热源可以在两侧通过热传导实现散热。在一些实施例中，IGBT模块21的两侧表面均涂有导热材料，如导热硅脂等。
壳体3内可设置相对的第一安装部31和第二安装部32，并在第一安装部31和第二安装部32上分别提供大致垂直于第一方向D1的第一安装面310和第二安装面320（见图3），第一安装面310和第二安装面320彼此相对且大致平行，二者之间的跨距可供水冷IGBT组件10和压紧组件6放入。其中压紧组件6用于将水冷IGBT组件10中的水冷层1和IGBT层2压紧，以实现好的散热效果。
如图2和图3所示，压紧组件6包括相互配合的一对滑块61和推块62，滑块61与推块62可包括楔形结构。其中滑块61可邻近或抵靠组件10的位于第一方向D1上的靠近第二安装面320的一端放置，比如，可邻近或抵靠组件10的靠近第二安装面320的一端的水冷层。滑块61可具有用于贴靠组件10（具体地，比如其端部的水冷层）的抵靠面611和相对于抵靠面611倾斜的滑块倾斜面610，二者之间形成滑块倾斜角。在一些实施例中，抵靠面61大致平行于水冷层1、第一安装面310和/或第二安装面320，因而滑块倾斜面610相对于水冷层1、第一安装面310和/或第二安装面320倾斜。在第一方向D1上，推块62设置于滑块61与第二安装面320之间。推块62提供了用于与滑块倾斜面610配合的推块倾斜面620以及用于抵靠于第二安装面320的推块抵靠面621，二者之间形成推块倾斜角，其可等于滑块倾斜角。在组装过程中，在推块倾斜面620沿着滑块倾斜面610滑动时，推块抵靠面621可抵靠并沿着第二安装面320滑动，使得滑块61与推块62的组合在第一方向D1上的厚度随着所述滑动而发生变化，比如，滑块61与推块62的组合的厚度可随着所述滑动而增大，由此推动滑块61沿着第一方向D1移动以将IGBT层2和水冷层1压紧。可将推块62沿着第二安装面320滑动的方向称为第二方向D2。
在一些实施例中，压紧组件6进一步包括压块63，在第二方向D2上，压块63设置于推块62和大致垂直于第二方向D2的压块支承面640之间。在图示的实施例中，压块支承面640形成在用来固定压块63的压板64上。在组装过程中，压块63可对推块62施加压紧力，让推块62推动滑块61沿着第一方向D1移动的距离与压块63在第二方向D2上的尺寸相关。这样，便可通过调节压块63在第二方向D2上的尺寸（在以下可称为压块厚度）来调节滑块61沿着第一方向D1移动的距离，从而调节对水冷层1和IGBT层2压紧的压紧程度。可选用合适厚度的压块63，来实现所需要的压紧程度。
在一些实施例中，选用合适厚度的压块63的过程可包括：测量壳体3所提供的两个平行的安装面310和320之间的距离L1，测量压紧后的水冷IGBT组件10在第一方向D1上的厚度L2，测量压紧组件6配合后在第一方向D1上的厚度L3，计算在第一方向D1上所需的补偿量为：H0+(L1-L2-L3)/tanθ，其中θ为压紧组件6中相互配合的滑块61和推块62的倾斜角，即如前所述的滑块倾斜角和推块倾斜角，H0为压块63的基准厚度。在选定合适厚度的压块63后，将其固定在压板64所提供的压块支承面640和压块63之间，然后可用螺栓65将其固定。
在图1-3中，为了更清楚地显示上述部件，未示出IGBT装置100中的PCB板和三相铜排，而是在图4中示出了PCB板和三相铜排、以及它们与水冷层1和IGBT层2的连接关系和位置关系。如图4所示，每个IGBT模块21包括铜排211和从铜排211向PCB板延伸的针脚212。所述IGBT装置100还包括PCB板4和三相铜排7。PCB板4为IGBT模块21的控制电路板，其上有与IGBT模块21的针脚212相配合的大量孔位，在水冷层1和IGBT模块21安装到位后，可将针脚212焊接于PCB板4上的相应孔位。三相铜排7为与各模块层的铜排211相对应的铜排结构。在水冷层1安装到位后，可将对应的IGBT模块21的铜排211与三相铜排7焊接成一体。在壳体3上在PCB板针角安装处设有定位销孔，可以与安装定位工装（将在下文描述）上的定位销相配合。
本发明的另一方面涉及包括上述汽车用IGBT装置的汽车。根据上述公开内容，本领域技术人员容易获得包含本发明实施例的汽车用IGBT装置的汽车。
本发明的另一方面还涉及所述IGBT装置100的装配方法，在其中，使用到如图5所示的安装定位工装5。安装定位工装5上具有两个定位销51与定位平面52，并且对应于PCB板4上的针脚孔位开设有针脚过孔53，安装定位工装5通过定位销51安装到壳体3后，其针脚过孔53的位置与PCB板上相应针脚孔位的位置对应（如，对准）。针脚过孔53可具有单端倒角的导向结构。安装定位工装5还具有四条定位棱边54，安装过程中可与水冷IGBT组件10配合实现在针脚高度方向上的定位。
在一些实施例中，IGBT装置100的装配方法包括以下步骤：
将安装定位工装5通过其定位销51安装到壳体3上，在此过程中定位销51可穿过壳体3上的前述定位销孔；
将多个水冷层1放置到壳体平面与安装定位工装5上；
往水冷层间隔中插入IGBT模块21，在插入过程中IGBT模块21的针脚212可插入安装定位工装5的针脚过孔53中，并通过针脚过孔53的导向实现针脚变形指向准确位置；
将水冷IGBT组件10压紧，并测量压紧后的水冷IGBT组件10在第一方向D1上的厚度L2；
依据L2选用合适厚度的压块63，并安装压紧组件6，实现水冷IGBT组件10的压紧，然后用压板64与螺栓65实现固定；以及
拆除安装定位工装5，并在后续整机的安装工序中配合安装PCB板4与三相铜排7。
所述压紧过程中，可监测压紧力，当压紧力达到某一设定值后，保持压紧力，并判断IGBT模块21在水冷层1间是否已经被压紧。所述判断IGBT模块21是否被压紧的方法可包括：以一定大小的侧向力推动IGBT模块21，如果IGBT模块21不能发生位移，则判定为已被压紧。
提供以上具体的实施例的目的是为了使得对本发明的公开内容的理解更加透彻全面，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应理解，还可以对本发明做各种修改、等同替换和变化等等，只要这些变换未违背本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种汽车用IGBT装置，其特征在于，其包括：
水冷IGBT组件，其包括沿第一方向交替排布的IGBT层和水冷层，其中每个所述IGBT层的在所述第一方向上的两侧分别与一个所述水冷层相邻，每个所述IGBT层包括至少一个IGBT模块，每个所述水冷层包括至少一个水冷片；以及
压紧组件，其包括滑块和推块，所述滑块和所述推块分别提供有彼此相向的滑块倾斜面和推块倾斜面，其中，
在所述第一方向上，所述水冷IGBT组件和所述压紧组件位于第一安装面与第二安装面之间；
所述压紧组件被设置成：在组装过程中，在所述推块倾斜面沿着所述滑块倾斜面滑动时，所述推块的与所述推块倾斜面相对的推块抵靠面可抵靠并沿着所述第二安装面滑动，由此推动所述滑块沿着所述第一方向移动以将所述水冷IGBT组件压紧。
2.根据权利要求1所述的汽车用IGBT装置，其特征在于，所述滑块和所述推块分别包括楔形结构。
3.根据权利要求1所述的汽车用IGBT装置，其特征在于，所述滑块与所述推块的组合在所述第一方向上的尺寸随着所述推块倾斜面沿着所述滑块倾斜面的滑动而发生变化。
4.根据权利要求1所述的汽车用IGBT装置，其特征在于，所述压紧组件进一步包括压块，在所述推块沿着所述第二安装面滑动的第二方向上，所述压块设置于所述推块和大致垂直于所述第二方向的压块支承面之间，所述压紧组件被设置成：在组装过程中，所述压块可对所述推块施加压紧力，使得所述推块推动所述滑块沿着所述第一方向移动的距离与所述压块在所述第二方向上的尺寸相关。
5.根据权利要求4所述的汽车用IGBT装置，其特征在于，所述压块的厚度H0=(L1-L2-L3)/tanθ，其中，L1为所述第一安装面与所述第二安装面之间的距离，L2为压紧后的所述水冷IGBT组件在所述第一方向上的厚度，L3为所述压紧组件配合后在所述第一方向上的厚度，θ为所述滑块和所述推块的倾斜角。
6.根据权利要求1所述的汽车用IGBT装置，其特征在于，其进一步包括壳体，所述壳体设置有相对的第一安装部和第二安装部，所述第一安装面和所述第二安装面分别由所述第一安装部和所述第二安装部提供。
7.根据权利要求1所述的汽车用IGBT装置，其特征在于，其进一步包括PCB板，所述IGBT模块的针脚焊接于所述PCB板上的对应孔位。
8.根据权利要求1所述的汽车用IGBT装置，其特征在于，其进一步包括三相铜排，所述三相铜排与对应的所述IGBT模块的铜排焊接在一起。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的汽车用IGBT装置的装配方法，其特征在于，其包括以下步骤：
将安装定位工装安装到所述壳体上；
将所述水冷层相对于所述壳体和所述安装定位工装放置；
往相邻的所述水冷层之间插入所述IGBT模块，在所述插入过程中，所述IGBT模块的针脚穿过所述安装定位工装上的针脚过孔；
将所述水冷IGBT组件压紧，并测量压紧后的所述水冷IGBT组件在所述第一方向上的尺寸；
根据所述尺寸选用压块来对所述推块施加压紧力，以使所述推块推动所述滑块沿着所述第一方向移动，来实现所述水冷IGBT组件的压紧，然后固定所述压紧组件；
拆除所述安装定位工装；以及
相对于所述水冷IGBT组件安装PCB板与三相铜排。
10.一种汽车，其特征在于，其包括根据权利要求1-8中任一项所述的汽车用IGBT装置。
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